Сайт "Омск Здесь" в рамках нового проекта 20Х20 продолжает знакомить читателей с молодыми, талантливыми омскими учёными, которые работают над проектами, призванными менять жизнь к лучшему.
Сегодня героями рубрики стали аспирантка и студент Омского государственного технического университета, которые работают в области машиностроения и информационных технологий.
Дарья Балова, аспирант ОмГТУ, участник молодёжного научно-инновационного конкурса Фонда содействия инновациям "У.М.Н.И.К. 2019".
Валерий Володеев, студент ОмГТУ, факультет информационных технологий и компьютерных систем.
Дарья более трёх лет изучает процессы обработки титановых сплавов на микроуровне. Аспирантке ОмГТУ удалось создать фрезы, которые срезают слой металла толщиной не более 3-5 микрометров (мкм). Заявка на работу поступила от хирургов, но новый метод обработки металла можно использовать не только в медицине, но и в промышленности. Кроме этого, Дарья занимается моделированием процессов вворачивания головки винта в кость при хирургических операциях. Подробнее о новых методах и оборудовании "Омск Здесь" спросил у самой Дарьи. В процессе беседы мы узнали, что в жизни аспирантки существует не только наука, но и рыбалка. Также девушка рассказала о главном в жизни и кого считает самым крутым изобретателем в мире.
Дарья Балова учится в ОмГТУ уже 11 лет: первые пять - она получала специальность, потом ещё два года училась в магистратуре, и сейчас оканчивает четвёртый курс аспирантуры. Через год должна выйти на защиту кандидатской диссертации.
- Дарья, расскажите подробнее, над чем вы сейчас работаете?
- Если глобально, то над кандидатской диссертацией. Три года назад сотрудники Омского клинического медико-хирургического центра обратились в наш университет с просьбой решить задачу, стоящую перед травматологами-ортопедами. Проблема была в том, что во время операции винты часто ломаются, и врачи не знают, что с этим делать. С медицинской точки зрения им не удаётся подобрать материал, чтобы избежать поломки. Заведующий кафедрой предложил мне заняться разработкой. В итоге эта деятельность привела меня к новому уровню лезвийной обработки, который может пригодиться не только в медицине.
- В чём именно заключается этот новый уровень?
- В глубинах резания - та толщина снимаемого слоя, которая возможна при обработке на станке. На сегодняшний день это может быть 10-20 мкм, это тысячные доли миллиметров. А с помощью инструмента, который разработала я, можно обрабатывать порядка 3-5 мкм, и это, например, касается и титановых сплавов. Это незаметная глазу величина. Раньше такого уровня снятия материала можно было достичь только с помощью шлифования, доводочных операций. Это когда человек берёт мелкую шкурку и полирует деталь. Все эти процессы закладывают дополнительное напряжение в поверхностный слой, упрочняют поверхность материала. А при лезвийной обработке теми фрезами, которые я разработала, таких проблем не возникает.
- Срезали слой, и металл остался прежним?
- Да. Там не закладывается никаких напряжений, деформаций. Есть такие моменты, как остаточное напряжение, они закладываются в поверхностный слой материала и потом при эксплуатации могут негативно отразиться на изделии. Например, тот же самый винт. Если металл будет хрупким, то при вворачивании винта ключом при сильном давлении отверстие может сломаться, и воспользоваться деталью будет невозможно. Может сломаться и сам винт.
- Как ваша разработка может помочь хирургам-ортопедам?
- В операционной невозможно использовать дополнительные сложные инструменты, например, динамометрический ключ. Его используют при шиномонтаже для того, чтобы просчитать усилие заворачивания гайки. Но в операционной такой ключ использовать нельзя, его невозможно хорошо обработать. Поэтому хирург, когда вворачивает винт, может не рассчитать силу, и винт может сломаться, остаться в кости. Его придётся высверливать. А для этого вводят дополнительную анестезию пациенту. Всё это негативно сказывается на здоровье человека. Есть маленькие хрупкие кости, и мы их ещё высверливаем, рассверливаем. Это приводит к тому, что кость приходится заменять имплантом.
В моём же винте отверстие под ключ выполнено с определённым уклоном конуса. Это самотормозящийся угол, и, когда хирург при вворачивании превысит силу, отверстие вокруг ключа схлопнется и не даст вытащить этот ключ. Врачу придётся ослабить давление. За счёт этого можно контролировать, насколько сильно хирург вворачивает винт, чтобы не сломать профиль.
Особенность моего профиля в том, что абсолютно во всех сечениях он имеет одинаковый размер, как окружность, но фактически ею не является. Это специальный профиль, который лучше передаёт крутящий момент, у него нет острых граней, которые могут срезать, например, как у шестигранника. А тут всё круглое, плавное, и срезать ничего нельзя.
- Почему решили заняться именно этой разработкой, это же не совсем по вашему профилю?
- Это же не чистая металлообработка, и получается такое направление на стыке наук. Мне пришлось изучить, из чего изготавливаются медицинские винты, где именно они используются, условия, в которых проводятся операции - очень много медицинских нюансов. Оказывается, организм, ткани положительно реагируют только на титан. И поэтому он очень хорошо подходит для винтов. Узнала много нового об обработке металлов. Всё это мне было очень интересно. Это не совсем то, чем я занимаюсь каждый день, но в той же области, которую изучаю.
- Вы уже получили патент?
- На винт уже получили. Сейчас подали заявку на евразийский патент на изобретение, на фрезы, которыми мы делаем винт. Это рассматривается Федеральной информационной патентной службой. Она прошла формальную экспертизу, сейчас ждём результатов по науке.
- Когда можно начинать использовать вашу разработку?
- По сути, винт можно изготавливать и пользоваться. Но проблема именно в изготовлении. Мало того, что нужно получить именно это отверстие, надо и остальную часть винта сделать. Сейчас ведётся работа по тому, как этот винт получить по определённым параметрам. Вы же понимаете, винт, который ты закручиваешь в машину, нельзя вкрутить в тело человека. Думаю, что в течение года мы получим модель. Потом нужно получить сертификат, а это долгая процедура и достаточно дорогостоящая. Где-то через два года изделие можно будет использовать, не раньше.
- Кроме медицины, где ещё можно применять ваше изобретение?
- Этот инструмент (фрезы) пригодится не только при создании винтов. Его можно использовать в принципе при финишной обработке. У нас сейчас в авиа- и ракетостроении много каких-то деталей, узлов, где требуется высокая точность изготовления. Этот инструмент способен достигать такой точности. Можно использовать в нефтяной промышленности. В тех сферах, где нужна высокая точность.
- Дарья, с чего началась ваша любовь к машиностроению?
- Меня никогда не тянуло к гуманитарным наукам, экономике. В школе я любила физику и разбирала дома мелкую бытовую технику. И когда пришло время поступать, кроме Политеха, я вообще ничего не рассматривала. Оставалось определиться со специальностью. Мы с папой пошли подавать документы, и он говорит: "Может, попробовать на машиностроительный?". Думаю, если не понравится - переведусь или поступлю заново. Да и другие варианты мне не были интересны. За пять лет я поняла, что мне действительно нравится это. У нас в группе было 20 мальчиков и две девочки. Во многих вещах я успевала соображать быстрее наших мальчишек. Видимо, склад ума такой, плюс большой интерес вырос. После окончания устроилась на завод и пошла в магистратуру. Потом я даже с завода ушла, потому что поняла, что наука мне интереснее. Для науки в университете больше возможностей и интереснее. Ты развиваешься разносторонне: занимаешь административную должность и есть время заниматься наукой. Твоя должность не мешает творческому полёту.
- Насколько девушкам сложно в столь точной науке?
- У меня был период, когда хотелось бросить всё и пойти работать продавцом. Очень сложно, потому что ты всегда общаешься с мужчинами. А у них другой характер, менталитет, они по-другому относятся к вещам. Они не такие эмоциональные, более жёсткие. Иногда, когда меня ругает научный руководитель, хочется расчувствоваться, расплакаться, но нельзя. Я работаю в таком коллективе, которому надо соответствовать. И физически сложно. В нашей сфере много экспериментов, связанных с оборудованием, станками, и не всегда есть рядом тот, кто может помочь. Обычно я сама встаю за станок и кручу эти железяки. Есть тяжёлые тиски, и их надо ставить на станок, а я девочка и не такая уж сильная. Бывает, привлекаю студентов, коллег прошу. Одно время, когда было много экспериментов, приходила домой и от меня машинным маслом пахло.
- На ваш взгляд, кто самый крутой изобретатель в мире?
- Почему-то всегда вспоминается Пьер и Мария Кюри. Ходят слухи, что основным изобретателем в паре была всё же женщина. А в силу исторических событий и культуры той эпохи, основные заслуги приписаны супругу. Я считаю, что женщина, даже, если она не учёный, вносит большой вклад. Для мужчины очень важна поддержка. За любым великим мужчиной стоит великая женщина.
- Помимо науки, чем ещё увлекаетесь?
- Когда у меня есть возможность уехать на несколько дней туда, где нет телефонов, интернета, но можно пожить в палатке на берегу, то я это делаю. Не так давно увлеклась рыбалкой. Сказывается мужской коллектив. Прошлой осенью я поймала свой первый трофей - крупную щуку. Испытала бурю эмоций. Это ни с чем не сравнимые ощущения. Во время такого отдыха мозг расслабляется. Из таких поездок я возвращаюсь уставшей физически, но отдохнувшей душой. В поездке ты чистишь рыбу, общаешься, смотришь на звёзды, поёшь песни под гитару, а потом в 4-5 утра снова идёшь на рыбалку. Это моё хобби для души. Мои коллеги меня поддерживают. Если бы не они, я бы не решилась поехать туда, где нет душа и электричества. Это шло вразрез с моими устоявшимися вариантами отдыха. Сейчас мы часто обсуждаем, какую лучше приманку купить, блесну, воблера. Помимо того, что мы вместе занимаемся наукой, изысканиями, у нас ещё и совместное увлечение - хорошо сплачивает коллектив.
фото из личного архива Дарьи
- Что для вас самое главное, о чём вы мечтаете?
- Самореализация. Хотелось бы много чего успеть в жизни: дописать работу, защитить её, вырасти в должности. Мне очень нравится заниматься тем, что я сейчас делаю. Я общаюсь со студентами, пытаюсь наладить их досуг, чтобы им было интересно и не скучно. Чтобы они понимали, что здесь можно весело и здорово проводить время, участвовать в развитии университета, предлагать свои идеи, достигать результатов.
Как любой женщине, хочется реализоваться в семейной жизни. Хотела бы, чтобы после защиты кандидатской у меня появилось время для семьи, дети. Я истинный творческий человек и хочу развиваться во всех аспектах жизнедеятельности.
фото из личного архива Дарьи
- Молодые люди, когда слышат, чем вы занимаетесь, не убегают?
- Чаще всего встречается лёгкое недопонимание: "А зачем тебе это надо, ты кандидатскую пишешь?". Мой круг общения вне университета не связан ни с научной деятельностью, ни с преподавательской. Но им всегда интересно слушать мои истории про то, как я что-то делаю. Тем не менее интересы разные. Конечно, люди удивляются, некоторые пугаются, но зато всегда есть о чём поговорить.
Студент факультета информационных технологий и компьютерных систем ОмГТУ Валерий Володеев вместе с двумя ученицами лицея № 25 разработал новый вариант кормушек для животных. Прототип ещё дорабатывается. Если разработка пойдёт в производство, то в будущем хозяева смогут меньше волноваться за своих питомцев.
У самого Валерия много планов, но говорить о них студент не любит и из Омска уезжать не хочет. Однако если бы можно было выбрать страну для работы-мечты, то это была бы Япония. А пока с сентября он заступает на работу в институте как лаборант.
- Параллельно с обучением и работой участвую от кафедры в различных мероприятиях, конкурсах, например, "Ты новатор". Нашей целью было разработать кормушку, которая способна выдавать сухой и жидкий корм и воду, а также как дополнение - возможность самоочистки. Команда состояла из меня и двух учениц лицея № 25, которые и подавали заявку изначально.
- Как проходила работа, с чего начался ваш проект и как это работает?
- Я пришёл в эту команду позже, где-то в середине процесса. Суть в том, что этот агрегат надо было собрать из подручных средств. Модуль для сухого корма представлял собой два контейнера. Задавалось время, и по времени верхний контейнер прокручивался, и из отверстия корм высыпался в нижний. Для модуля с жидким кормом был взят за основу принцип винта Архимеда: есть некий подающий жёлоб, винт задаёт направление, и по нему уже задаётся и направляется корм.
Существующие аналоги умных кормушек домашних животных решают проблему систематизации времени кормления и дозирования пищи. Но функционал подобных устройств можно расширить, чтобы разнообразить рацион питания животного, то есть составлять своего рода меню, например, на неделю. В представленном проекте Pet Feeder робототехническое устройство допускает раздачу не только сухого, но и влажного корма. Кроме того, для поддержания чистоты в миске, остатки недоеденного корма автоматически утилизируются через заданный промежуток времени.
Грубо говоря, утром можно насыпать, уйти на работу, и она сама будет по времени выдавать, сколько необходимо. Не будет перекармливаний, недокармливаний, и не нужно постоянно контролировать этот процесс.
Для сухого корма
- Когда модель будет доработана, что с ней будет дальше?
- Пока что мы подали заявку на всероссийский этап конкурса, а там дальше будет видно.
Для жидкого корма
- Почему вы пошли в науку?
- Мне с детства нравилось что-то придумывать, разрабатывать, дорабатывать. Мне просто интересен сам процесс изучения и сборки. Хотелось делать что-то своими руками, чтобы оно работало и приносило пользу. Или хотя бы просто работало.
- Над чем вы ещё работаете, чем занимаетесь?
- У нас был ещё один проект, школьный, но пока про него из-за пандемии ничего не слышно. Нужно было разработать робот-пылесос для уборки листвы в саду. У нас есть сам прототип, но его нужно дорабатывать. Но из-за того, что сейчас пандемия, про этот конкурс ничего неизвестно, и проект пока заморожен.
- О чём вы мечтаете?
- Просто быть полезным.
- Есть ли в Омске перспективы для научной деятельности?
- Да, вполне. Но прямо такого астрономического роста и перспектив, конечно, нет. Но на базовом и высоком уровне можно спокойно заниматься. Допустим, разработкой тех же автоматизированных устройств.
- А какие лично у вас планы?
- В данный момент - доучиться и более-менее обосноваться на кафедре как помощник, дальше видно будет. А также стараться по максимуму принимать участие во всех мероприятиях.
- Что даёт вам как специалисту работа над такими проектами, как кормушка?
- Возможно, это прозвучит банально, но это неплохо развивает воображение. Потому что нужно придумать, как это будет выглядеть, понять, как оно должно работать, и постараться это реализовать и по максимуму использовать при этом подручные средства, потому что не всегда есть доступ к большим бюджетам. И даже если ты ничего не знаешь, ты можешь начать с самых простых проектов и получить какой-то базовый уровень, и в дальнейшем его развивать.
- Что бы вы хотели сделать как учёный? С чем бы вам было интересно работать?
- Меня очень интересует робототехника, конструирование роботов и возможность наделения их искусственным интеллектом.
- Какие перспективы у этого направления в Омске?
- Для Омска можно создавать, как один из вариантов, роботов, которые будут помогать в грязных работах. И вообще для помощи человеку в работе и в развлечениях.
- На ваш взгляд, кто самый крутой изобретатель в мире?
- Леонардо да Винчи. Его изобретения стали фундаментом для всего остального.
- Вы задумывались о том, чтобы покинуть Омск?
- Мне комфортно дома. Единичные выезды допускаю. А чтобы навсегда, с переездом и трудоустройством, не особо. Я оседлый человек. Не люблю сильные, колоссальные перемены.
- То есть, если бы вас пригласили на работу в другой город, вы бы не согласились?
- Если бы это было обосновано каким-нибудь стимулом, то можно. Но если это просто так, для себя, то не особо хотел бы уезжать.
- Например, вам предлагают хорошую работу с выбором страны на ваше усмотрение. Куда бы вы поехали?
- Наверное, это была бы Япония. Именно эта страна считается передовой по робототехнике.
Добавим, что в рамках проекта 20X20 мы уже рассказали про разработанную молодыми омскими учёными технологию, которая позволит металлургам экономить миллионы рублей. А также о нейросети для борьбы с мошенниками. Кроме этого, были истории о том, как разрабатывалась прямая радиосвязь для речного флота и стенд для гелиоэлектростанции.
Фото: ОмГТУ и герои выпуска
